Ficha Técnica do LED UVC LTPL-G35UVC275GC - 3.5x3.5mm - 5.7V Típ. - 275nm - 19mW Típ. - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série de produtos LTPL-G35UVC representa uma fonte de luz de estado sólido avançada e energeticamente eficiente, projetada para aplicações de esterilização e médicas. Esta tecnologia combina a longa vida operacional e a alta confiabilidade inerentes aos Diodos Emissores de Luz (LEDs) com uma saída germicida eficaz, desafiando as fontes de luz ultravioleta convencionais. Ela oferece flexibilidade de projeto e possibilita novas oportunidades para soluções de desinfecção UVC.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Este LED UVC é projetado para aplicações que requerem inativação microbiana eficaz. Suas principais vantagens incluem custos operacionais e de manutenção significativamente mais baixos em comparação com lâmpadas de vapor de mercúrio tradicionais, impulsionados pela maior eficiência energética e vida útil mais longa. O dispositivo é compatível com RoHS e livre de chumbo, alinhando-se com as regulamentações ambientais globais. Também é compatível com CI, facilitando a integração em sistemas de controle eletrônico modernos. Os mercados-alvo abrangem esterilização de dispositivos médicos, sistemas de purificação de água e ar, e equipamentos de desinfecção de superfícies.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Detalhada

2.1 Valores Máximos Absolutos

Operar o dispositivo além destes limites pode causar danos permanentes. A dissipação máxima de potência (Po) é de 1,1 W. A corrente direta CC máxima absoluta (IF) é de 150 mA. O dispositivo pode operar dentro de uma faixa de temperatura ambiente (Topr) de -40°C a +80°C e ser armazenado (Tstg) de -40°C a +100°C. A temperatura máxima permitida da junção (Tj) é de 105°C. A operação prolongada sob condições de polarização reversa não é recomendada, pois pode levar à falha do componente.

2.2 Características Eletro-Ópticas em Ta=25°C

Os parâmetros de desempenho chave são medidos em uma corrente de teste padrão de 120mA. A tensão direta (Vf) tem um valor típico de 5,7V, com um mínimo de 5,0V e um máximo de 7,5V. O fluxo radiante (Φe), que representa a potência óptica total de saída, é tipicamente de 19 mW, com um mínimo de 14 mW. O comprimento de onda de pico (λp) está centrado no espectro UVC, variando de 265 nm a 280 nm, visando o pico de absorção de DNA/RNA para desinfecção eficaz. A resistência térmica da junção ao ponto de solda (Rth j-s) é tipicamente de 24 K/W, indicando a necessidade de um gerenciamento térmico adequado. O ângulo de visão (2θ1/2) é tipicamente de 120 graus. O dispositivo pode suportar descarga eletrostática (ESD) de até 2000V (Modelo do Corpo Humano).

2.3 Características Térmicas

A dissipação de calor eficaz é crítica para o desempenho e longevidade. A resistência térmica especificada (Rth j-s) de 24 K/W é medida usando uma Placa de Circuito Impresso com Núcleo Metálico (MCPCB) de alumínio de 2,0 x 2,0 x 0,17 cm. Exceder a temperatura máxima da junção de 105°C acelerará a depreciação do fluxo luminoso e pode levar a uma falha catastrófica. Os projetistas devem calcular a dissipação de calor necessária com base na potência aplicada e nas condições ambientais para manter a junção dentro dos limites seguros.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

Para garantir consistência no projeto de aplicação, os LEDs são classificados em lotes de desempenho.

3.1 Classificação da Tensão Direta (Vf)

Os LEDs são categorizados em cinco lotes de tensão (V1 a V5) a 120mA, cada um abrangendo 0,5V de 5,0V a 7,5V. A tolerância para cada lote é de ±0,1V. Isso permite que os projetistas selecionem LEDs com quedas de tensão semelhantes para operação estável em configurações paralelas ou para prever com precisão os requisitos do driver.

3.2 Classificação do Fluxo Radiante (Φe)

A saída óptica é classificada em quatro lotes de fluxo (X1 a X4) a 120mA. X1 cobre 14-17 mW, X2 cobre 17-20 mW, X3 cobre 20-23 mW, e X4 inclui dispositivos com 23 mW e acima. A tolerância é de ±7%. Esta classificação é crucial para aplicações que requerem controle preciso de dosagem, pois o fluxo radiante impacta diretamente na eficácia da esterilização.

3.3 Classificação do Comprimento de Onda de Pico (Wp)

Todos os dispositivos estão dentro de um único lote de comprimento de onda, W1, que varia de 265 nm a 280 nm, com uma tolerância de medição de ±3 nm. O código do lote está marcado na embalagem para rastreabilidade.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Fluxo Radiante Relativo vs. Corrente Direta

A saída óptica aumenta de forma super-linear com a corrente. Embora operar em correntes mais altas (até o máximo absoluto de 150mA) produza mais saída, também gera significativamente mais calor, que deve ser gerenciado para evitar fuga térmica e degradação acelerada.

4.2 Distribuição Espectral Relativa

A curva de saída espectral mostra uma banda de emissão estreita centrada na faixa UVC. O comprimento de onda de pico exato dentro do lote 265-280 nm afeta a eficiência de inativação microbiana, pois diferentes patógenos têm espectros de absorção ligeiramente variados.

4.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Esta curva demonstra a relação exponencial do diodo entre tensão e corrente. É essencial para projetar drivers de corrente constante, pois uma pequena mudança na tensão pode causar uma grande mudança na corrente, afetando tanto a saída de luz quanto a temperatura do dispositivo.

4.4 Fluxo Radiante Relativo vs. Temperatura da Junção

A eficiência do LED UVC é altamente sensível à temperatura. O fluxo radiante diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Este gráfico quantifica a derating, enfatizando a importância crítica de manter uma baixa temperatura da junção para um desempenho óptico consistente ao longo da vida útil do dispositivo.

4.5 Padrão de Radiação

O diagrama polar ilustra o típico ângulo de visão de 120 graus, mostrando a distribuição espacial da radiação UVC emitida. Isso é importante para projetar ópticas ou refletores para direcionar a luz germicida efetivamente para a superfície ou volume alvo.

4.6 Curva de Derating da Corrente Direta

Esta curva define a corrente direta máxima permitida em função da temperatura ambiente. À medida que a temperatura ambiente aumenta, a corrente operacional segura máxima deve ser reduzida para evitar que a temperatura da junção exceda 105°C.

4.7 Tensão Direta vs. Temperatura da Junção

A tensão direta tem um coeficiente de temperatura negativo; ela diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta propriedade pode às vezes ser usada para monitoramento indireto de temperatura em sistemas de gerenciamento térmico de malha fechada.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões de Contorno

A embalagem tem uma área de aproximadamente 3,5mm x 3,5mm. Todas as dimensões têm uma tolerância de ±0,2mm, salvo indicação em contrário. O desenho mecânico exato deve ser consultado para o projeto do padrão de solda na PCB.

5.2 Identificação de Polaridade e Projeto dos Terminais

O layout recomendado dos terminais de solda na placa de circuito impresso é fornecido para garantir soldagem e conexão térmica confiáveis. Os terminais do ânodo e do cátodo são claramente designados. A adesão a este padrão de solda é crítica para o alinhamento correto, conexão elétrica e transferência de calor da junção do LED para a PCB.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

É recomendado um perfil de refluxo sem chumbo. Os parâmetros-chave incluem: uma temperatura de pico (Tp) máxima de 260°C (245°C recomendado), com o tempo acima de 217°C (tL) entre 60-150 segundos. A temperatura de pré-aquecimento deve estar entre 150-200°C por 60-120 segundos. A taxa de aquecimento não deve exceder 3°C/segundo, e a taxa de resfriamento não deve exceder 6°C/segundo. O tempo total de 25°C até a temperatura de pico deve ser inferior a 8 minutos. Um processo de resfriamento rápido não é recomendado.

6.2 Soldagem Manual e Notas Gerais

Se a soldagem manual for necessária, a temperatura da ponta do ferro não deve exceder 300°C, e o tempo de contato deve ser limitado a no máximo 2 segundos, para apenas uma operação. A soldagem por refluxo não deve ser realizada mais de três vezes. Todas as referências de temperatura são para o lado superior do corpo do pacote. O uso de soldagem por imersão não é garantido. O perfil de soldagem pode precisar de ajuste com base na pasta de solda específica utilizada.

6.3 Limpeza

Se a limpeza for necessária após a soldagem, apenas solventes à base de álcool, como álcool isopropílico, devem ser usados. Limpadores químicos não especificados podem danificar o material da embalagem do LED e suas propriedades ópticas.

7. Embalagem e Informações de Pedido

7.1 Especificações da Fita e da Bobina

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora relevada selada com uma fita de cobertura, enrolada em bobinas de 7 polegadas. Uma bobina padrão contém no máximo 500 peças, com uma quantidade mínima de embalagem de 100 peças para remanescentes. A embalagem está em conformidade com as especificações EIA-481-1-B. É permitido um máximo de dois componentes ausentes consecutivos na fita.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este LED UVC é adequado para uma variedade de aplicações germicidas, incluindo: desinfecção de superfícies em equipamentos médicos e de laboratório, esterilização de ferramentas, sistemas de purificação de água para aplicações pontuais ou de pequena escala, e purificação de ar em sistemas HVAC ou dispositivos portáteis. Sua natureza de estado sólido o torna ideal para projetos compactos ou alimentados por bateria onde lâmpadas de mercúrio são impraticáveis.

8.2 Considerações de Projeto

Método de Acionamento:LEDs são dispositivos operados por corrente. Um driver de corrente constante é obrigatório para garantir saída de luz estável e prevenir fuga térmica. Ao conectar múltiplos LEDs, a conexão em série é preferida para uniformidade de corrente. Se a conexão em paralelo for inevitável, é fortemente recomendado o uso de resistores limitadores de corrente individuais ou drivers separados para cada ramo para compensar as pequenas variações de Vf entre os dispositivos.
Gerenciamento Térmico:Este é o fator de projeto mais crítico. Use uma MCPCB apropriada ou outro método eficaz de dissipação de calor para manter a temperatura da junção o mais baixa possível, idealmente abaixo de 85°C para máxima vida útil e estabilidade de saída. O caminho térmico do ponto de solda para o ambiente deve ser cuidadosamente projetado.
Projeto Óptico:Considere o ângulo de visão de 120 graus. Para aplicações focadas, podem ser necessárias ópticas secundárias (lentes ou refletores) feitas de materiais transparentes ao UVC, como quartzo ou plásticos especializados. Certifique-se de que todos os materiais no caminho óptico sejam resistentes à degradação por UVC.
Segurança:A radiação UVC é prejudicial à pele e aos olhos humanos. Os invólucros devem impedir qualquer vazamento de luz UVC durante a operação. Incorpore travas de segurança e etiquetas de aviso conforme necessário.

9. Confiabilidade e Vida Útil

9.1 Plano de Teste de Confiabilidade

O produto passa por um regime abrangente de testes de confiabilidade, incluindo: Vida Operacional em Temperatura Ambiente (RTOL) a 120mA por 3000 horas e a 150mA por 1000 horas; Vida de Armazenamento em Alta e Baixa Temperatura (HTSL/LTSL) a 100°C e -40°C por 1000 horas cada; Armazenamento em Alta Temperatura e Umidade (WHTSL) a 60°C/90% UR por 1000 horas; e Choque Térmico sem Operação (TS) de -30°C a 85°C por 100 ciclos. Os testes de vida são realizados com o LED montado em um dissipador de calor metálico de 90x70x4mm.

9.2 Critérios de Falha

Um dispositivo é considerado com falha se, após o teste, a tensão direta (Vf) a 120mA mudar mais de ±10% em relação ao seu valor inicial, ou se o fluxo radiante (Φe) a 120mA cair abaixo de 50% do seu valor inicial.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a potência óptica de saída típica?
R: Em uma corrente de acionamento de 120mA e 25°C, o fluxo radiante típico é de 19 mW, com dispositivos classificados de 14 mW (mín.) a 23 mW e acima.

P: Como aciono este LED?
R: Você deve usar um driver de corrente constante. A corrente máxima absoluta é de 150mA. Um ponto de operação típico é 120mA, resultando em uma tensão direta típica de 5,7V. Nunca conecte-o diretamente a uma fonte de tensão sem limitação de corrente.

P: Por que o gerenciamento térmico é tão importante?
R: A eficiência do LED UVC cai significativamente com a temperatura (veja a curva Fluxo Radiante Relativo vs. Temperatura da Junção). Altas temperaturas da junção também reduzem drasticamente a vida operacional do dispositivo. Uma dissipação de calor adequada é inegociável para um desempenho confiável.

P: Posso usar isso para esterilização de água?
R: Sim, é adequado para purificação de água. O comprimento de onda de 265-280 nm é eficaz contra bactérias, vírus e protozoários. O projeto deve garantir que a luz UVC penetre na água de forma eficaz, e a embalagem do LED deve ser devidamente selada contra o ambiente.

P: Quantas vezes posso soldar por refluxo este componente?
R: O máximo recomendado é três ciclos de refluxo. A soldagem manual deve ser realizada apenas uma vez, com limites rigorosos de tempo e temperatura.

11. Exemplo de Projeto e Caso de Uso

Cenário: Projetando uma varinha portátil de desinfecção de superfícies.
1. Projeto Elétrico:Use uma bateria de íon-lítio (3,7V nominal) com um circuito driver de corrente constante elevador (boost) ajustado para 120mA. O driver deve converter eficientemente a tensão da bateria para os ~5,7V exigidos pelo LED. 2.Projeto Térmico:Monte o LED em um pequeno dissipador de calor de alumínio com aletas. A resistência térmica de todo o caminho (junção-para-solda, solda-para-dissipador, dissipador-para-ambiente) deve ser calculada para garantir que Tj permaneça abaixo de 85°C durante o ciclo operacional típico de 30-60 segundos. Considere resfriamento ativo (um pequeno ventilador) se a varinha for destinada a uso prolongado. 3.Projeto Mecânico/Óptico:Aloje o LED e o dissipador na cabeça da varinha. Use uma lente de quartzo para focar o feixe de 120 graus em um ponto menor para maior irradiância na superfície alvo. O invólucro deve bloquear completamente qualquer vazamento de UVC para o usuário. 4.Recursos de Segurança:Incorpore um sensor de proximidade ou um protetor físico que deve estar em contato com uma superfície antes do LED ligar. Inclua um temporizador para limitar a duração da exposição por ativação.

12. Introdução à Tecnologia e Tendências

12.1 Princípio de Operação

LEDs UVC são dispositivos semicondutores que emitem luz na faixa de 200-280 nanômetros quando uma corrente elétrica passa por eles. Esta emissão ocorre quando os elétrons se recombinam com lacunas de elétrons dentro da região ativa do dispositivo, liberando energia na forma de fótons. O comprimento de onda específico é determinado pela energia da banda proibida dos materiais semicondutores utilizados, tipicamente compostos à base de nitreto de alumínio e gálio (AlGaN) para UVC. A radiação UVC emitida inativa microorganismos danificando seu DNA e RNA, impedindo a replicação.

12.2 Tendências de Desenvolvimento

O mercado de LEDs UVC está focado em aumentar a eficiência de conversão elétrica (potência óptica de saída por potência elétrica de entrada), que historicamente tem sido menor do que para LEDs visíveis. Melhorias no crescimento epitaxial, projeto do chip e eficiência de extração da embalagem estão impulsionando constantemente a eficácia para níveis mais altos. Outra tendência importante é o aumento da potência de saída por chip e por embalagem, permitindo sistemas de desinfecção mais compactos e poderosos. Pesquisas também estão em andamento para melhorar a vida útil e a confiabilidade do dispositivo sob condições operacionais de alta corrente e alta temperatura. A redução de custos por meio da escala de fabricação e melhoria do rendimento permanece um fator crítico para uma adoção mais ampla do mercado em relação à tecnologia convencional de lâmpadas de mercúrio.